JP5392851B2 - 多孔質ガラス母材の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、焦点を持った小口径助燃性ガス噴出ポートを有する多孔質ガラス母材製造用バーナを用いた多孔質ガラス母材の製造方法に関する。
従来、光ファイバ母材を製造するために、各種方法が提案されている。
これには、回転しつつ上昇するシャフトに出発部材を取り付け、反応室内に垂下し、反応室内に設置されたバーナによって生成したガラス微粒子を出発部材の先端に付着堆積させるVAD法や、回転する出発部材にバーナの火炎中で生成したガラス微粒子をバーナもしくは出発部材を相対往復運動させて、付着堆積させるOVD法等が挙げられる。
これには、回転しつつ上昇するシャフトに出発部材を取り付け、反応室内に垂下し、反応室内に設置されたバーナによって生成したガラス微粒子を出発部材の先端に付着堆積させるVAD法や、回転する出発部材にバーナの火炎中で生成したガラス微粒子をバーナもしくは出発部材を相対往復運動させて、付着堆積させるOVD法等が挙げられる。
従来、多孔質ガラス母材を合成するバーナには、同芯多重管バーナが用いられてきたが、このような構造のバーナは、ガラス原料ガス、可燃性ガス及び助燃性ガスの混合が充分に行われないため、ガラス微粒子の生成が充分に行われなかった。その結果、収率が伸びずに、高速での合成は困難であった。
この問題を解決するために、特許文献１は、図１に示すように、中心のガラス原料ガス噴出ポート１の外側に配置された可燃性ガス噴出ポート４内に、ガラス原料ガス噴出ポート１を取り囲むように小口径助燃性ガス噴出ポート２を配置したマルチノズル型バーナが提案されている。なお、符号３は、シールガス噴出ポートである。
この問題を解決するために、特許文献１は、図１に示すように、中心のガラス原料ガス噴出ポート１の外側に配置された可燃性ガス噴出ポート４内に、ガラス原料ガス噴出ポート１を取り囲むように小口径助燃性ガス噴出ポート２を配置したマルチノズル型バーナが提案されている。なお、符号３は、シールガス噴出ポートである。
図１に示すようなマルチノズル型バーナにおいて、可燃性ガス噴出ポート４は、小口径助燃性ガス噴出ポート２を内包するため、流路断面積が大きくなりがちであり、この流路断面積が大きいほど、反応及び母材密度調整に必要な可燃性ガス量が増加する。そのため可燃性ガス噴出ポート４は内径をなるべく小さくして、流路断面積を狭めるように設計される。
その場合、図２に示すように小口径助燃性ガス噴出ポート２よりも、それを内包する可燃性ガス噴出ポート４先端の突き出し量を大きくすることによって、可燃性ガス噴出ポート先端の内径が小さくなるように設計される。
その場合、図２に示すように小口径助燃性ガス噴出ポート２よりも、それを内包する可燃性ガス噴出ポート４先端の突き出し量を大きくすることによって、可燃性ガス噴出ポート先端の内径が小さくなるように設計される。
また、多孔質ガラス母材の製造方法は、一般的には、以下に示す３工程から構成される。
（１）バーナにガラス原料ガスを供給せずに、可燃性ガス及び助燃性ガスのみを供給し、出発部材を予熱する堆積開始前工程、（２）バーナ中心管からガラス原料ガスの供給を開始して、ガラス微粒子を堆積させる堆積工程、（３）堆積終了後、可燃性ガス及び助燃性ガスの供給は続け、ガラス原料ガスの供給のみを停止し、最終堆積部を焼きしめる堆積終了後工程である。
ここで、堆積開始前工程と堆積終了後工程においては、ガラス原料ガスを供給しないために、堆積工程と比較して、中心管のガス線速が大きく低下する。このようにバーナの火炎中心に、線速が大きくて芯となるような流れが無い場合、小口径助燃性ガスの流れは、可燃性ガスの拡散の影響を大きく受け、焦点距離に集まらない、広がりを持った乱れの大きな流れとなる。
（１）バーナにガラス原料ガスを供給せずに、可燃性ガス及び助燃性ガスのみを供給し、出発部材を予熱する堆積開始前工程、（２）バーナ中心管からガラス原料ガスの供給を開始して、ガラス微粒子を堆積させる堆積工程、（３）堆積終了後、可燃性ガス及び助燃性ガスの供給は続け、ガラス原料ガスの供給のみを停止し、最終堆積部を焼きしめる堆積終了後工程である。
ここで、堆積開始前工程と堆積終了後工程においては、ガラス原料ガスを供給しないために、堆積工程と比較して、中心管のガス線速が大きく低下する。このようにバーナの火炎中心に、線速が大きくて芯となるような流れが無い場合、小口径助燃性ガスの流れは、可燃性ガスの拡散の影響を大きく受け、焦点距離に集まらない、広がりを持った乱れの大きな流れとなる。
このように、小口径助燃性ガスの火炎の広がりが大きくなり、小口径助燃性ガス噴出ポートから噴出する助燃性ガスが広がると、それらを内包する可燃性ガス噴出ポートの先端が焼けてしまうという問題が発生する。特に、前述の小口径助燃性ガス噴出ポートよりも、それらを内包する可燃性ガス噴出ポートの先端が突き出したタイプのバーナでは、特にその傾向が顕著である。
このように、ガス噴出ポート先端が焼かれ、失透し、飛散すると、バーナの寿命が短くなってしまうという問題がある上に、失透し飛散したガラス微粒子が多孔質ガラス母材内に取り込まれて、イレギュラーな堆積状態となり、焼結ガラス化後に、気泡が発生し、歩留が大きく低下してしまうといった問題が生じる。
このように、ガス噴出ポート先端が焼かれ、失透し、飛散すると、バーナの寿命が短くなってしまうという問題がある上に、失透し飛散したガラス微粒子が多孔質ガラス母材内に取り込まれて、イレギュラーな堆積状態となり、焼結ガラス化後に、気泡が発生し、歩留が大きく低下してしまうといった問題が生じる。
そこで、堆積開始前工程及び堆積終了後工程でのガス線速が、堆積工程と同程度のガス線速となるように、助燃性ガス又はガラス原料ガスのパージガスを増量する方法が考えられるが、無駄にガスを使用することになりコスト高となる上に、堆積終了後工程においては、母材の焼き締めが強くなりすぎて割れを生じる可能性が大きくなる。
本発明の目的は、堆積開始前工程及び堆積終了後工程において、堆積工程と同程度のガス線速を得るためにパージガスを増量することなく、バーナ先端の焼けによる損傷を防止することのできる多孔質ガラス母材の製造方法を提供することにある。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、請求項１に記載の発明は、中心のガラス原料ガス噴出ポートの外側に、複数のガス噴出ポートが同心円状に配置された同芯多重管構造を有し、この中の可燃性ガス噴出ポート内に、ガラス原料ガス噴出ポートに対し同心円状に１列または複数列に配置され、同一列の噴出ポートは同一の焦点距離を有する小口径助燃性ガス噴出ポートを内包する多孔質ガラス母材製造用バーナを用いて、ガラス原料ガスを火炎中で加水分解させて生成したガラス微粒子を堆積させて光ファイバ用母材を製造する方法において、前記小口径助燃性ガス噴出ポートへ助燃性ガスを導入する際の導入開始時期を、中心のガラス原料ガス噴出ポートにガラス原料ガスを導入し、生成したガラス微粒子の堆積を開始する開始時期と同一とすることを特徴とする多孔質ガラス母材の製造方法である。
請求項２に記載の発明は、中心のガラス原料ガス噴出ポートの外側に、複数のガス噴出ポートが同心円状に配置された同芯多重管構造を有し、この中の可燃性ガス噴出ポート内に、ガラス原料ガス噴出ポートに対し同心円状に１列または複数列に配置され、同一列の噴出ポートは同一の焦点距離を有する小口径助燃性ガス噴出ポートを内包する多孔質ガラス母材製造用バーナを用いて、ガラス原料ガスを火炎中で加水分解させて生成したガラス微粒子を堆積させて光ファイバ用母材を製造する方法において、前記小口径助燃性ガス噴出ポートへの助燃性ガスを停止する際の停止時期を、中心のガラス原料ガス噴出ポートへのガラス原料ガスの供給を停止し、ガラス微粒子の堆積を終了する停止時期と同一とすることを特徴とする多孔質ガラス母材の製造方法である。
なお、使用するバーナには、小口径ガス噴出ポートよりも外側に配置されたガス噴出ポートの先端が、該小口径ガス噴出ポートよりも突き出ているバーナを用いるのが好ましい。
なお、使用するバーナには、小口径ガス噴出ポートよりも外側に配置されたガス噴出ポートの先端が、該小口径ガス噴出ポートよりも突き出ているバーナを用いるのが好ましい。
本発明の多孔質ガラス母材の製造方法は、小口径助燃性ガス噴出ポートへの助燃性ガスの導入を開始する時期、すなわち導入のタイミング、又は停止する時期、すなわち停止タイミングを、中心のガラス原料ガス噴出ポートへのガラス原料ガスの供給を開始する時期、又は停止する時期、すなわち、それぞれのタイミングと同一とすることで、堆積開始前工程及び堆積終了後工程において、中心のガラス原料ガス噴出ポートに過剰にガスを流してガス線速を稼ぐ必要なく、バーナ先端の焼けによる損傷を防止することができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
図１に示すような同芯３重管バーナの最外管内に、中心のガラス原料ガス噴出ポート１に対し同心円状に１列に８本配置された、焦点距離150mmの小口径ガス噴出ポート２を有するバーナを用いて、第１管のガラス原料ガス噴出ポート１にガラス原料となるSiCl４と助燃性ガスのＯ２、その外側に位置する第２管のガス噴出ポート３からシールガスとしてＮ２、さらにその外側に位置する第３管のガス噴出ポート４から可燃性ガスとしてＨ２、さらに小口径管の小口径ガス噴出ポート２から助燃性ガスとしてＯ２を供給し、ガラス微粒子を生成させた。
図１に示すような同芯３重管バーナの最外管内に、中心のガラス原料ガス噴出ポート１に対し同心円状に１列に８本配置された、焦点距離150mmの小口径ガス噴出ポート２を有するバーナを用いて、第１管のガラス原料ガス噴出ポート１にガラス原料となるSiCl４と助燃性ガスのＯ２、その外側に位置する第２管のガス噴出ポート３からシールガスとしてＮ２、さらにその外側に位置する第３管のガス噴出ポート４から可燃性ガスとしてＨ２、さらに小口径管の小口径ガス噴出ポート２から助燃性ガスとしてＯ２を供給し、ガラス微粒子を生成させた。
堆積工程において、表１に示すようなガス種とガス流量をバーナに供給したところ、中心のガス噴出ポートにガラス原料ガスが流れているこの状態では、バーナ先端に焼け等の異常は発生しなかった。
次に、堆積開始前工程及び堆積終了後工程のような、ガラス原料ガスを流さない状態にして、バーナの先端を観察した。
最初に、表２に示すように、堆積開始前工程において、出発部材を余熱することを目的とした、比較的ガス流量が少ない場合に対して、小口径ガス噴出ポートにＯ２を供給した場合と、供給しなかった場合のバーナ先端の状態について観察した。
最初に、表２に示すように、堆積開始前工程において、出発部材を余熱することを目的とした、比較的ガス流量が少ない場合に対して、小口径ガス噴出ポートにＯ２を供給した場合と、供給しなかった場合のバーナ先端の状態について観察した。
その結果、表２に示すように、小口径ガス噴出ポートからＯ２を流した比較例１と２は、小口径ガス噴出ポートを内包する第３管の可燃性ガス噴出ポート先端において、小口径ガス噴出ポート先端部位が赤熱し、失透が発生した。
他方、小口径ガス噴出ポートからＯ２を流さなかった場合、第１管にSiCl４を流さなかった実施例１及びSiCl４とＯ２を流さなかった実施例２はともに、バーナ先端に焼けは発生しなかった。
他方、小口径ガス噴出ポートからＯ２を流さなかった場合、第１管にSiCl４を流さなかった実施例１及びSiCl４とＯ２を流さなかった実施例２はともに、バーナ先端に焼けは発生しなかった。
次に、表３に示すように、堆積終了後工程において、堆積終了部を焼き締めることを目的とした、比較的ガス流量が多い場合において、小口径ガス噴出ポートにＯ２を供給した場合としなかった場合のバーナ先端の状態について観察した。
その結果、小口径ガス噴出ポートにＯ２を供給したものは、小口径ガス噴出ポートを内包する第３管の可燃性ガス噴出ポート先端において、小口径ガス噴出ポート先端部位が赤熱し、失透が発生した、小口径ガス噴出ポートにＯ２を供給しなかったものは、異常が発生しなかった。
本発明によれば、バーナのライフが伸び、かつ生産性の向上に寄与する。
１．ガラス原料ガス噴出ポート、
２．小口径助燃性ガス噴出ポート、
３．シールガス噴出ポート、
４．可燃性ガス噴出ポート。
２．小口径助燃性ガス噴出ポート、
３．シールガス噴出ポート、
４．可燃性ガス噴出ポート。
Claims (3)
- 中心のガラス原料ガス噴出ポートの外側に、複数のガス噴出ポートが同心円状に配置された同芯多重管構造を有し、この中の可燃性ガス噴出ポート内に、ガラス原料ガス噴出ポートに対し同心円状に１列または複数列に配置され、同一列の噴出ポートは同一の焦点距離を有する小口径助燃性ガス噴出ポートを内包する多孔質ガラス母材製造用バーナを用いて、ガラス原料ガスを火炎中で加水分解させて生成したガラス微粒子を堆積させて光ファイバ用母材を製造する方法において、前記小口径助燃性ガス噴出ポートへ助燃性ガスを導入する際の導入開始時期を、中心のガラス原料ガス噴出ポートにガラス原料ガスを導入し、生成したガラス微粒子の堆積を開始する開始時期と同一とすることを特徴とする多孔質ガラス母材の製造方法。
- 中心のガラス原料ガス噴出ポートの外側に、複数のガス噴出ポートが同心円状に配置された同芯多重管構造を有し、この中の可燃性ガス噴出ポート内に、ガラス原料ガス噴出ポートに対し同心円状に１列または複数列に配置され、同一列の噴出ポートは同一の焦点距離を有する小口径助燃性ガス噴出ポートを内包する多孔質ガラス母材製造用バーナを用いて、ガラス原料ガスを火炎中で加水分解させて生成したガラス微粒子を堆積させて光ファイバ用母材を製造する方法において、前記小口径助燃性ガス噴出ポートへの助燃性ガスを停止する際の停止時期を、中心のガラス原料ガス噴出ポートへのガラス原料ガスの供給を停止し、ガラス微粒子の堆積を終了する停止時期と同一とすることを特徴とする多孔質ガラス母材の製造方法。
- 小口径ガス噴出ポートよりも外側に配置されたガス噴出ポートの先端が、該小口径ガス噴出ポートよりも突き出ているバーナが用いられる請求項１又は２に記載の多孔質ガラス母材の製造方法。
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